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1、机电一体化毕业论文机电一体化的现状与发展学院、专业 物理与电子信息学院电子信息科学与技术研究方向 学生姓名 学号 指导教师姓名 指导教师职称 2012年7月7日机电一体化的现状与发展摘要：机电一体化技术是跨学科技术，近年来发展迅速。传统的学科正在脱胎换 骨，新的学科不断问世，技术的融合程度比任何一次技术革命都高。随着科学技术 和人类文明的进步，传统的机构工业已不能满足人们日益增长的物质需求，随着 微电子技术和计算机技术的迅速发展，已迫切需要将其应用于机械工业中，机电 一体化这一概念就应运而生，迄今为止，在人们生活的各个领域已得到广泛的应 用，并以蓬勃的生机向前发展，已成为机械工业发展的必然趋势

2、，机电一体化技 术产生于这一背景之下，自然符合科技发展的规律，也是现代科学技术发展的必 然结果。其发展趋势是智能化、网络化、系统化、微型化、环保化。关键字：机电一体化、发展、现状1机电一体化概述 12机电一体化技术发展 23典型机电一体化产品的发展趋势 53.1数控机床 53.2自动机与自动生产线 63.3机电一体化产品的发展趋势 64我国发展“机电一体化面临的形势、任务和对策 84.1我国“机电一体化工作面临的形势 84.2我国“机电一体化”工作的任务 84. 3我国发展“机电一体化”的对策 8结论 10参考文献 11机电一体化的现状与发展1机电一体化概述机电一体化是指在机构的主功能、动力功

3、能、信息处理功能和控制功能上引进电子 技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展 至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新 的内迎但其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的 观点出发，综合运用机械技术、 微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息 技术、传感测控技术及电力电子技术, 根据系统功能目标要求，合理配置与布局 各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、 低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生 的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此，“机电一体化”涵 盖“技术”

4、和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种 综合技术，而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一 体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发 展 到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。但是，发 展 到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许 多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断 与保护等。也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头 脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别

5、。2机电一体化技术发展“机电一体化这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册 时最 先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结 合。国内早 期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来节几电一体 化”更流行使用。80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化 产品 所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微 机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械一电子系统在高度控制、排气控制、振动 控制和保险气袋等方面获得广泛应用。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也 用上 了数据库

6、驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及 并行工程设计和控制的实施日显重要。止匕外，光学也进入了机电一体化，产生了 “光 机电一体化的新领域。进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚 拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电 一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执 行器技术的发 展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开 创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化o虽然微加 工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成 部

7、分。之后，机电一体化随 着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了 21世纪。机电一体化是机械、微虹 控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展 和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、 网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化1.数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器 人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机 集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操 作性、可维护性、 自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。2智能化智能化是21

8、世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机 电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这 里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收 人工智能、 运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新 思想、新方法， 模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控 制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必 要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品 赋有低级智能或人的部分智 能，则是完全可能而又必要的。3模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产

9、品种类和生产厂家繁多， 研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元 是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单 元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的 机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需 要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际 或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准 化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产 机电一体化产品的企业，规模化将

10、给机电一体化企业带来美好的前程。4.网络化20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起 和飞速 发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变 革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新 产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全 球。由于网络的普 及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控 制的终端设备本身就是 机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络 化已成大势，利用家庭网络 (home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(compute 门

11、ntegrated app I i ance system, Cl AS) ，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向 发展。5.人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智 能、 情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用 机器人的最高境界就是人机一体化。6.微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统（Micro EIectronic Meehanica I Systems,简称 MEMS） k 指

12、可批量制作的，集 微型 机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信 和电源等 于一体的微型器件或系统。自 1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在 MEMS：艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种 MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器） ,各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机 器人等）。7.集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复 合，又包含在生产过程中同时处理加

13、工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品 种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为 若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将 各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。8.带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由 于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的 好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。9.绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资 源减 少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然实现可持

14、 续发展，绿 色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协 调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求， 机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品 可分解和再生利用。3典型机电一体化产品的发展趋势3.1数控机床目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5%且 大多数是普通数控（发达国家数控机床占10%）。近些年来数控机床为 适应加工技术的 发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。(1)高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有 3000-4

15、000r/min提高到8000-10000r/mi n ;铳床和加工中心主轴转速由4000 8000r/min提高到12000-40000r/mi n以上；快速移动速度由过去的10-20m/mi n提 高到48m/mi n, 60m/mn i, 80m/mi n, 120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部 件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G (重力加速度)提高到1.5G-2G最高可达 15G直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。(2)高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.01-0. 02mm提高到0.008左右；亚微米 级机 床达到0. 0005mm&右；纳米

16、级机床达到0. 005-0. 01um；最小分辨率为1nm (0. 000001mm的数控系统和机床已问世。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以 达到 W的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角 处理等。(3)复合加工，新结构机床大量出现如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。同时派生出各 种新 颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，用并联绞链机床等，采用特殊机械结构，数控的 特殊运算方式，特殊编程要求。使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时 大大提高效率。加

17、工刚件切削速度能达1000m/min,力口工铝件能达5000m/mino(5)数控机床的开放性和联网管理数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控 机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。 因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等各种新技术都 在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21世纪制造业发展的一个主要潮流。3.2自动机与自动生产线在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动 化设 备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如： 200080000瓶/h的啤酒自动生产线；18

18、000120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产 线； 各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEB0P型三 层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛 应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统 等。我国的自动机与生产线产品的水平，比 10多年前跃开了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪 80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也 越来越多。3. 3机电一体化产品的发展趋势以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而

19、引发的数字化、网络化、 综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发 展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几 个方向发展：3. 3. 1光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件 组成的因此，引进光学技术，实现光学技术的先天优点是能有效地改进机 电一体化系 统的传感系统、能源（动力）系统和信息处理系统光机电一体化是机 电产品发展的重 要趋势。3.3.2自律分配系统化一一柔性化未来的机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度，有较强的“柔性, 能较好地应付突发事件，被设计成“自律分

20、配系统O在自律分配系统中，各个子系统 是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”,可根据不同的 坏境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前 提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显 地增加了系统的适应能力（柔性）, 又不因某一子系统的故障而影响整个系统。3. 3. 3全息系统化一一智能化今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收 益于模糊技术、信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。除此之外，其系统的层次 结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。3. 3. 4 55生物一软件化

21、一仿生物系统化今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态 时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大 脑）停止工作时，生物便“死亡乃,而当控制系统（大脑）工作时，生物就 很有活力。 仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产 品提供新型机体， 但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物 一一软件或“生物一一系统,而生物的特点是硬件（肌体）这一软件（大脑）一体， 不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要 走。3. 3. 5微型机电化一一微型化目前，利

22、用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米 级的 机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制 器了。届 时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、 CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发 展方向。4我国发展“机电一体化乃面临的形势、任务和对策机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是 节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发 自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。4.1我国“机电一体化工作面临的形势我国用机电一体化产品取

23、代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污 染、 扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重 的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于 多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业 的“故土难离” “死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不 出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化, 开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本 低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产 品结构和生产过程做必要的调整、 改革，而无须

24、改换设备。这是解决机电产品多 品种、少批量生产的重要出路。同时, 可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中 解脱出来，实现文明生产。另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不 长, 差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较 大，因此亟需发展。4. 2我国“机电一体化”工作的任务我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话：一句话是广泛深入地用机电一 体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品 的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整 作贡献

25、。总之，机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力，又是开启我 国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。4. 3我国发展“机电一体化”的对策 4.3.1加强统筹安排，协调发展计划目前，我国从事“机电一体化研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制，难免只考虑局部利益, 各主管部门的有关计划和规划，也有统一考虑不足，统筹安排不够的 问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此，建议各主管部门 责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，

26、生产上撞车 ！ 4. 3. 2强化行业管理，发挥“协会作用目前，我国“机电一体化较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政 出多门”是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化行业的统管机构， 根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神，以及机电一体化行业特点，我 们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。 “协会” 要进一步扩大领导机构一一理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建 设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业发展计划、战 拟制；指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有 关项目的发标、招标工作。4.3.3优

27、化发展坏境、增大支持力度优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机 电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化产业提供方便; 尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产 机电一体化产品调配好资源要素等。增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发 展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对 传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、 应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人 员进行表彰奖励等。4

28、.3.4突出发展重点，兼顾“两个层次机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我 们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍, 有所为，有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作， 即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子（计算机）装置，使“机械和“电子技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高乃 工作，即在新产品设计之初，就把“机械与“电子统一起来进行考虑，使“机械 与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码 正做到机电一体化。通过本文的论述可见，机电一体化的出现不是随机出现的，而是

29、一个时代的产物， 文中叙述的这些发展方向是科技发展到一定阶段的必然要求，更是一个必然结果。目 前，因为科学技术的限制，其与一些相关技术的互融程度还是不是太明显，但是随着 科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势必将越来越明显，因为它既是多项科学技 术发展的结晶，又极大地推动了不同学科的交叉与渗透，其发展前景也将越来越光明， 这必然会给世界带来更大的技术力量。随着科技的发展和电子技术的成熟和广泛应用, 机电一体化产品在国民经济建设、企业的技术改造和电子产品的更新换代方面发挥着 越来越重要的作用。机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一 定阶段的必然要求。当然，机电一体化的发展不是孤

30、立的，与机电一体化相关的技术 还有很多，并随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一 体化技术的发展与应用也将 更加广阔。参考文献1李建勇机电一体化技术M.北京：科学出版社,2004.2李运华机电控制M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.3洪钟洲数控系统的发展现状和趁势机电一体化.19964项占琴微电子机械的发展现状及前景.机电工程.1997,5张建民机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社,19966陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势J 国外机电一体化技术.2000, 5口 谢存禧机电一体化生产系统设计北京：机械工业出版社,19998机电一体化技术手册编委会机电一体化技术手册.北京：机械工业出版社, 19949胡泓、姚伯威主编机电一体化原理及应用北京：国防工业出版社,199910梁景凯主编机电一体化技术与系统北京：机械工业出版社,199711徐志毅主编机电一体化实用技术.上海：上海科学技术文献出版社,199512秦曾煌主编.电工学.北京：高等教育出版社，1999